FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
ATIK YAĞLAMA YAĞLARINDAN ELDE EDİLEN DİZEL
BENZERİ YAKIT-MOTORİN KARIŞIMLARININ MOTOR
PERFORMANS VE EGZOZ EMİSYON DEĞERLERİNİN
DENEYSEL İNCELENMESİ
Mahmut DEMİR
YÜKSEK LİSANS TEZİ
TEŞEKKÜR
Öncelikle tüm yoğunluğuna ve akademik görevlerine rağmen anlayışlı yaklaşımıyla tez çalışmama zaman ayıran, benden bilgi, birikim ve tecrübelerini esirgemeyen, bana yol gösteren, birlikte çalışmaktan onur duyduğum danışmanım sayın Dr. Öğr. Üyesi Orhan ARPA ’ya teşekkür eder, saygılarımı sunarım.
Meslek sevgisini aşılayan, ilminden faydalandığım, insani ve ahlaki değerleri ile de örnek edindiğim ve her danıştığımda tüm nezaketiyle bana yardımcı olarak mesafelerin bilgiyi ulaştırmaya engel olmadığını gösteren sayın Doç. Dr. İbrahim ATMACA’ ya teşekkür ederim.
Derslerini alırken ve projemi devam ettirirken çalışmalarımı izleyerek destek verip motive eden sayın Doç. Dr. Vedat ORUÇ, Dr. Öğr. Üye. Ömer Faruk CAN ve hoşgörülü tutumuyla yardımlarını esirgemeyen sayın Doç. Dr. Atilla G. DEVECİOĞLU hocalarıma teşekkür ederim.
Beni yetiştiren ve bu günlere gelmeme vesile olan canım annem Ayişe DEMİR’ e sonsuz sevgi ve şükranlarımla teşekkür ederim. Son olarak, tanıştığım ilk günden bugüne kadar üzerimde emeği olan ve yüksek lisans yaptığım süre boyunca gösterdiği sabır ve manevi destekleriyle varlığını her daim yanımda hissettiğim sevgili eşim Hülya KOÇ DEMİR ’e özel teşekkürlerimi sunarım.
Aralık 2018, Diyarbakır Mahmut DEMİR
İÇİNDEKİLER Sayfa TEŞEKKÜR………...…………..……….... I İÇİNDEKİLER………... II ÖZET………... IV ABSTRACT………... V ÇİZELGE LİSTESİ………... VI ŞEKİL LİSTESİ………... VII EK LİSTESİ………... VIII KISALTMA VE SİMGELER………. IX
1. GİRİŞ………..……... 1
1.1. Dizel Benzeri Yakıt Elde Etme Yöntemleri………... 4
1.1.1. Transesterifikasyon ………... 4
1.1.2. Mikro-Emülsiyon Oluşturma ……….. 5
1.1.3. İnceltme……….... 5
1.1.4. Piroliz………... 5
1.2. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma ………...……... 7
1.2.1. Tutuşma Gecikmesi Periyodu ………...………... 8
1.2.1.1. Fiziksel Gecikme ………...………...…………... 8
1.2.1.2. Kimyasal Gecikme ………...………...………….... 8
1.2.2. Kontrolsüz Yanma Periyodu…………..………...………... 8
1.2.3. Enjeksiyon Kontrollü (denetimli) Yanma………..………... 9
1.2.4. Ard Yanma Periyodu ….………...………... 9
1.2. Dizel Yakıtlı Motorların Emisyonları………...……... 9
2. KAYNAK ÖZETLERİ……….. 11
3. MATERYAL ve METOT……….. 17
3.1. Giriş………...…… 17
3.2. Materyal………... 18
3.3. Metot………... 19
3.3.1. Dizel Motor Özellikleri ve Test Ünitesi……….……….. 19
3.3.3. Hassas Elektronik Terazi………...…... 26
3.4. Motor Performans Hesaplamaları.………...……… 27
3.4.1. Güç.………...…….………...… 27
3.4.2. Özgül Yakıt Tüketimi.………...…….………...… 28
3.4.3. Ortalama Efektif Basınç.………...…….……….……... 28
4. BULGULAR VE TARTIŞMA……….. 29
4.1. Motor Performans Testleri.………...…….... 29
4.2. Egzoz Emisyon Testleri.………...……… 33
4.2.1. O₂ Emisyonu………...………...………...………... 34 4.2.2. CO Emisyonu………...………...………...………...………... 35 4.2.3. CO2 Emisyonu………...………...………...………... 36 4.2.4. NO Emisyonu………...………...………...……….. 37 4.2.5. NOX Emisyonu………...………...………...………... 38 4.2.6. HC Emisyonu………...………...…...………...………... 39 4.2.7. H2S Emisyonu………..……...…...…………...………... 40
4.2.8. Egzoz Gazı Sıcaklığı……….…..……...………...………... 42
5. SONUÇ VE ÖNERİLER…….………... 45
6. KAYNAKLAR………... 47
EKLER………... 53
ATIK YAĞLAMA YAĞLARINDAN ELDE EDİLEN DİZEL BENZERİ YAKIT-MOTORİN KARIŞIMLARININ MOTOR PERFORMANS VE EGZOZ EMİSYON
DEĞERLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ
Mahmut DEMİR DİCLE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
2018
Endüstrideki hızlı gelişime bağlı olarak atıkların da hızlı bir şekilde arttığı ve çevreyi kirlettiği bilinmektedir. Bu atıkların çevre üzerindeki zararlı etkilerini azaltmak için geri dönüştürme yapılmalıdır. Bunu yaparken de çevreyi kirletmemek gerekir. Bu amaç ile bir çalışma yapılmıştır. Atık yağlama yağlarından (AYY) pirolit distilasyon yöntemiyle elde edilmiş olan yakıt hacimce %20, %40 ve %60 oranlarında standart motorine katılarak dizel motorunda yakıt olarak kullanılmıştır. Motorun torku, Özgül yakıt tüketimi ve güç gibi performans parametreleri ile azot oksitler (NOX), karbon
monoksit (CO), oksijen (O2), hidrokarbonlar (HC) ve hidrojen sülfür (H₂S) gibi emisyon
parametreleri deneysel olarak incelenmiştir. Böylece yakıt karışımlarındaki atık yağlama yağlarının etkisi incelenmiştir.
Motor hızının artırılmasına bağlı olarak CO emisyonu tüm yakıt karışımları için azalmaktadır. %40 dizel benzeri yakıt - %60 dizel yakıt karışımı 1000 dev/dak ve 2000 dev/dak hızlarında motorine göre yüksek emisyon değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte dizel yakıt ile karşılaştırıldığında CO2 emisyonlarının yakıt
numuneleri için daha düşük olduğu tespit edilmiştir. 2500 motor devrindeki %20 dizel benzeri yakıt - %80 dizel yakıt karışımı yakıtının emisyonu hariç tüm NO ve NOX
emisyonlarının dizel yakıta göre daha az olduğu görülmektedir. %40 dizel benzeri yakıt - %60 dizel yakıt karışımı her devirde dizelden yüksek HC emisyonu üretirken %20 dizel benzeri yakıt - %80 dizel yakıt karışımı tüm devirlerdeki ortalamalar alındığında dizelden daha düşük HC emisyonun üretmektedir.
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF ENGINE PERFORMANCE AND EXHAUST EMISSION VALUES OF DIESEL LIKE FUEL OBTAINED FROM
WASTE LUBRICANT OILS-DIESEL FUEL BLENDS MASTER THESIS
Mahmut DEMİR
DICLE UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF SCIENCES
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING 2018
It is known that due to the rapid development in the industry, wastes are also rapidly increasing and polluting the environment. Recycling should be done to reduce the harmful effects of these wastes on the environment. Therefore, it is necessary not to pollute the environment. We performed a study in this aim. The diesel-like fuel was obtained from waste lubricating oils (AYY) by pyrolite distillation method is used as fuel in the standard diesel engine in 20%, 40% and 60% volume. Motor torque, power, specific fuel consumption, such as performance parameters with NOX, CO, O2, HC and H₂S
emission parameters were examined experimentally. Thus, the effect of waste lubricating oils in the fuel mixtures was examined.
Due to increased engine speed, CO emissions are reduced for all fuel mixtures. CO2 emissions compared to diesel fuel are lower for fuel samples. 40% diesel-like fuel -
60% diesel fuel mixture has been found that it has high emission values compared to diesel at 1000 rpm and 2000 rpm. It is seen that all nitrogen oxide emissions except emission of 20% diesel-like fuel - 80% diesel fuel mixture fuel at 2500 engine speed are less than diesel fuel. The 40% diesel-like fuel - 60% diesel fuel mixture produces high hydrocarbon emissions from diesel at every cycle while the 20% diesel-like fuel - 80% diesel fuel mixture produces lower hydrocarbon emissions than diesel when the averages of all cycles are taken.
Çizelge No Sayfa Çizelge 1.1. Ülkemiz İçin Madeni Yağların İthalatı, İhracatı ve Tüketim
Miktarlarının Yıllara Göre Değişimi
3
Çizelge 1.2. Dizel yakıt için Euro 6 egzoz emisyon değerleri 10 Çizelge 3.1. Dizel yakıt ve dizel benzeri yakıtın özellikleri 19 Çizelge 3.2. Test motorunun detaylı teknik özellikleri 22 Çizelge 3.3. Egzoz gazı ölçüm cihazının detaylı teknik özellikleri 23 Çizelge 4.1. Dizel ve dizel benzeri yakıtların hacimsel oranları 29
Şekil No Sayfa
Şekil 1.1. Egzoz emisyonları 10
Şekil 3.1. Arıtma ve damıtma sisteminin şematik diyagramı 18
Şekil 3.2. Kontrol paneli 20
Şekil 3.3. Motor test teçhizatının ve egzoz analiz cihazının şematik olarak
gösterilmesi 21
Şekil 3.4. Dizel test motoru ve dinamometresi 21
Şekil 3.5. Testo 350 cihaz gövdesi 24
Şekil 3.6. Testo 350 modüler baca gazı probu 24
Şekil 3.7. Testo 350 kontrol ünitesi 25
Şekil 3.8. Egzoz gazı ölçüm cihazı 25
Şekil 3.9. Elektronik hassas terazi 26
Şekil 4.1.1. DBY20 29
Şekil 4.1.2. DBY40 29
Şekil 4.1.3. DBY60 29
Şekil 4.1.4. Dizel yakıt – Atık yağlama yağı (AYY) karışım oranlarına göre
tork değişimi 31
Şekil 4.1.5. Dizel yakıt- AYY karışım oranlarına göre güç değişimi 32 Şekil 4.1.6. Dizel yakıt- AYY karışım oranlarına göre özgül yakıt tüketimi 33
Şekil 4.2.1. Oksijen emisyonları grafiği 34
Şekil 4.2.2. Karbon monoksit emisyonları grafiği 35
Şekil 4.2.3. Karbondioksit emisyonları grafiği 36
Şekil 4.2.4. Azot oksit emisyonları grafiği 37
Şekil 4.2.5. Azot oksitleri emisyonları grafiği 39
Şekil 4.2.6. Hidrokarbon emisyonları grafiği 40
Şekil 4.2.7 Hidrojen sülfür emisyonları grafiği 41
Şekil 4.2.8 Egzoz gazları sıcaklık grafiği 42
EK LİSTESİ
Ek No Sayfa
Ek 1. Egzoz Gazı Emisyon Sınır Değeri 50
Ek 2. Sıkıştırma Ateşlemeli Motorlarla Teçhiz Edilen Araçlarda
Kullanılacak Olan Piyasa Yakıtlarına İlişkin Çevresel Nitelikler 51 Ek 3. Euro-6 Standartlarına Göre On-Board Diagnose (OBD) Sınır
KISALTMA VE SİMGELER AYY : Atık Yağlama Yağları
DBY : Dizel Benzeri Yakıt DDS : Dakikada Devir Sayısı DE : Doğrudan Enjeksiyon
DBY20 : %20 Dizel Benzeri Yakıt + %80 Dizel DBY40 : %40 Dizel Benzeri Yakıt + %60 Dizel DBY60 : %60 Dizel Benzeri Yakıt + %40 Dizel KTY : Kullanılmış Trafo Yağı
LPY : Lastik Piroliz Yağı
OKG : Oksidatif Kükürt Giderme PM : Partikül Madde
PPM : Milyondaki Partikül Sayısı ÖYT : Özgül Yakıt Tüketimi AB : Avrupa Birliği
cm3 : Santimetreküp
CO : Karbon Monoksit CO2 : Karbon Dioksit
Ca(NO3)2 : Kalsiyum Nitrat
HC : Hidrokarbon HNO3 : : Nitrik Asit
g : Gram
kg : Kilogram
KOH : Potasyum hidroksit KNO3 : Potasyum Nitrat
NOX : Azot Oksitler
NaOH : Sodyum hidroksit nm : Nanometre MJ : Megajoule SO2 :Kükürt Dioksit
1. GİRİŞ
Enerji, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanan, maddenin içinde yatan potansiyel veya kinetiksel gücün ışık ve ısı gibi farklı biçimler halinde ortaya çıkmasıdır. Enerji kaynaklarının üç temel grubu bulunmaktadır. İlki yenilenebilir enerji kaynakları, ikincisi ise nükleer enerji kaynaklarıdır. Bunlardan sonuncusu ve en popüler olanı fosil yakıtlardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kaynağı güneştir. Yenilenebilir enerji kaynakları rüzgâr, su, güneş enerjisi gibi kendisini yenileyebilen ve tükenmeyen olarak adlandırılan kaynaklardır. Yenilenebilir enerji kaynakları sera gazı salınımı yapmayan veya yaptığı sera gazı salınımı diğer enerji kaynaklarına göre çok az olan enerji kaynaklarıdır. Sera gazı salınımı açısından avantajlı olan bu enerji kaynaklarının dezavantajı her yerde ve her zaman üretilemiyor olmasıdır. Nükleer enerji kaynaklarından en fazla kullanılanı toryum ve uranyumdur. Nükleer enerji tesisi kurulum maliyetinin çok yüksek olması ve istenmeyen bir durumun oluşmasıyla çevresel felaketlere dönüşmesi yüzünden yaygın kullanılabilen bir enerji kaynağı değildir. Fosil enerji kaynakları ise; basınç, nem, sıcaklık ve zaman (milyonlarca yıl) etkisiyle canlı kalıntılarının karbon kökenli yakıtlara dönüşmesiyle oluşan enerji kaynaklarıdır. Fosil yakıtlı kaynakların büyük bir kısmı petrol ve türevi kaynaklar olup, artan dünya nüfusu ve sanayi ihtiyaçları göz önünde bulundurulunca bu kaynakların sınırsız olmadığı ve zamanla tükeneceği aşikârdır. Ayrıca fosil yakıtların çevreye olan zararlı etkileri bilim insanlarını ve çevre bilimcileri farklı enerji kaynağı arayışına itmiştir. Çünkü bu yakıtların atıkları küresel iklim değişikliğini tetiklemekte ve solunan havanın kalitesini bozmaktadır. Araştırmacılar bu nedenlerden ötürü doğamızı kirletmeyen, ekonomik ve kullanımı kolay alternatif yakıt geliştirilmesi için veya doğaya atık olarak bırakılacak maddelerden enerji üretebilmek için çalışmalar yapmaktadır. Petrol kökenli yakıtların ve çevrenin hızla tükenmesi sorununa çözüm için alternatif yakıtlar konusunda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Alternatif çözüm yöntemlerinden biri de atık maddelerin enerjiye dönüştürülmesidir.
Dizel motorlar, yüksek yakıt dönüşüm verimliliği, güvenilirliği ve sağlamlığı sayesinde en yaygın güç üretim birimleridir. Bu motorlar fosil yakıt olan motorin ile çalışırlar. Ancak alternatif enerji kaynaklarının kullanımına olan ilgi, gelecekteki petrol rezervlerinin tükenmesi kaygısıyla yeni yakıt arayışları gün geçtikçe artarak devam etmektedir. Gelecek nesillere ve canlı türlerine temiz bir yaşam alanı bırakmanın arayışını
Dizel yakıta (motorine) alternatif yakıt arayışları ile ilgili yapılan çalışmaların büyük çoğunluğu biyodizelde yoğunlaşmış ve araştırmacılar konu ile ilgili birçok bitki yağı ile çalışmıştır. Bu bitkiler kolza, palm yağı, soya, ayçiçeği ve diğer bitkiler olarak çalışmacılar tarafından belirtilmiştir (Oğuz, H. ve ark (2012)). Kuşkusuz bu çalışmalar yeni yakıt arayışları için önemlidir. Biyodizelin ham maddeye bağlı oluşu ve temini konusunda yaşanan zorluklar yaygınlaşmasını geciktirmekle beraber maliyetini de artırmaktadır.
Dünyada artan nüfus ile beraber sanayileşme ve enerji talebi sürekli olarak artar. Bu nedenle, gelişmekte olan ülkeler ve gelişmiş ülkeler enerji ihtiyaçlarını karşılamak için yeni enerji kaynakları aramaktadırlar. İçten yanmalı motorlar tarafından büyük miktarda enerji tüketilmektedir. Şu anda, bu araçların ana enerji kaynağı petrol bazlı yakıtlar tarafından karşılanmaktadır (Cay ve ark. 2012). Petrole bağımlılığı azaltmak için kullanılabilecek alternatif enerji kaynağı olabilecek bazı maddeler vardır. Atık yağlar, plastikler, ağaçlar ve lastikler bunlardan bir kaçıdır. Ancak bunların direkt yakıt olarak kullanılması çevre ve canlı sağlığı açısından birçok olumsuz etkiye sahip olması sebebiyle arıtılmadan kullanılamazlar (Arpa ve ark. 2010). Atık yağlama yağları (AYY) önemli atık yakıt kaynakları arasında yer almaktadır. Petrol kaynaklarını korumak, çevreyi korumak gibi çeşitli faydaları bulunmaktadır (Bhaskar ve ark. 2004). Dünyada her yıl milyarlarca galon atık yağlama yağı üretilmektedir. Atık duruma düşen motor yağları ve makinelerin mekanik parçalarında kullanılan yağların çevreye atılmadan enerjiye dönüştürülmesi canlı türlerinin sağlığı açısından büyük önem arz etmektedir.
Atıl duruma gelmiş motor yağları direkt olarak çevreye atılmasının insanlara ve doğaya zarar verdiği birden fazla araştırmada yer almıştır. Motor yağlarının muhteviyatında içerdikleri kurşun gibi ağır metal olan bakır ve ayrıca halojenler gibi inorganik maddeler olduğu için bunların işlenmeden bir enerji kaynağı olarak kullanılmasının uygun olmadığı vurgulanmıştır (Sakata ve ark. 1999, Mastral ve ark. 2000, Bhaskar ve ark. 2004, ).
İnsan ve canlı yaşamına bu denli zarar veren motor yağlarından oluşan atıkların doğru yöntemlerle yok edildiğinde hem zararlı etkileri ortadan kaldırılmış olur hem de enerji olarak fosil yakıtlar yerine kullanılabileceği düşünülmektedir. Öte yandan mevcut atıkların ve gün geçtikçe oluşmakta olan yeni atıkların da çevreye zarar verilmeden
bertaraf edilmesi gerekliliği göz önüne alınırsa yeni çalışmalara hız vermek gerekmektedir. Bu amaç doğrultusunda bir çalışma yapma gerekliliği ortaya çıkmıştır.
Atık yağlar ile ilgili dünyada her yıl farklı kuruluşlar tarafından çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Ülkemizde bu türden çalışmalara sahip olan dernek PETDER ’dir.Petrol sanayi derneğinin (PETDER) 2016 yılında atık motor yağlarının yönetimi projesi faaliyet raporunda yer alan bilgilere göre 2015 senesinde 432.000 ton miktarında Türkiye ‘de madeni yağ tüketimi gerçekleşmiştir. Bu rakam 2016 senesinde %7,40 artmış ve 464.000 ton miktarında kayıtlara geçmiştir.
Türkiye Madeni Yağ İthalat, İhracat ve Tüketim Miktarları çizelge 1.1.’de verilmiştir. Çizelgeye bakıldığında önceki yıllarda toplam talepten daha fazla yağ piyasaya arz edilmiş olduğu görülmektedir. Alınan tedbirlerle bu farkın 2013 yılından 2016’ya kadar azaldığı TÜİK ve TÜPRAŞ verilerinden anlaşılmaktadır.
Dünyadaki enerji ihtiyacı gün geçtikçe artmasına karşın mevcut fosil rezerv miktarı da azalmaktadır. Mevcut kaynakların tüketime oranı baz alındığında 40-50 yıllık gibi kısa bir zamandaki ihtiyacı karşılayacak miktarda petrol kaynağı olduğu
Çizelge 1.1. Ülkemiz İçin Madeni Yağların İthalatı, İhracatı ve Tüketim Miktarlarının Yıllara Göre Değişimi (Kaynak: TÜİK, TÜPRAŞ)
Baz Yağ (Ton/Yıl) 2013 2014 2015 2016 2017
Baz Yağ İthalatı 743.795 591.346 552.358 396.292 405.183 Madeni Yağ İthalatı 114.495 99.292 100.339 125.844 128.468 Katkı ve Müstahzar
İthalatı
72.350 68.648 80.963 85.267 106.455 Rafineri Baz Yağ Satışı 154.291 119.697 126.460 128.760 176.964 Piyasaya Arz (X) 1.084.931 878.982 860.090 736.163 817.071
Baz Yağ İhracatı 3.858 3.264 4.626 842 6.657
Madeni Yağ İhracatı 174.070 165.457 139.684 140.450 152.324 Katkı ve Müstahzar İhracatı 13.695 4.979 5.146 5.591 7.809 Madeni Yağ Yurtiçi Satışı 416.000 417.000 432.000 464.485 477.635
Toplam Talep (Y) 607.623 590.699 581.456 611.368 644.424 Piyasaya Arz – Toplam
Talep (X-Y)
Bazı çalışmalara göre, ham petrolün yaklaşık 80 yıl, gaz yakıtın 150 ve kömürün 230 yıl yetecek rezervi olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle, dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları ve araştırmacılar, gelecek için yeni enerji kaynakları bulmak için çok çalışmaktadır. Aynı zamanda, geri dönüşümün veya atık malzemenin bir enerji kaynağı olarak kullanılmasına izin veren yeni teknolojiler geliştirmeye çalışmaktadırlar (Al-Omari 2008).
İnsanoğlu üretim ve tüketiminin bir sonucu olarak doğaya bırakılan yapay yağların zararlarını en aza indirerek yok edebilmek önem arz etmektedir. Doğaya atık olarak bırakılan veya ısınma amaçlı tüketilen kullanılmış motor yağlarının çevresel zararlarını en aza indirmek gelecek canlı yaşamı ve insan nesilleri için önemi büyüktür. Bu amaçla kullanılmış olan motor yağının yakıta dönüştürülmesinden elde edilen dizel benzeri yakıt temin edilmiştir. Bu yeni yakıt ile dizel yakıt belli hacimsel oranlarda karıştırılarak motor performans testleri yapılmış ve egzoz emisyon ölçümleri alınmıştır.
1.1. Dizel Benzeri Yakıt Elde Etme Yöntemleri
Yağların yakıt olarak kullanılmasının önündeki büyük engel viskozitelerinin yüksek olmasıdır. Viskozitelerini düşürmek amacıyla yağları bazı işlemlere tabi tutmak gerekmektedir. Bunlardan biri ısıl işleme maruz bırakmak bir diğeri ise kimyasal işlem yapmaktır. Isıl yöntemi hareket halindeki bir araca uygulamanın zorluğu ve tehlikesinden dolayı kullanıma elverişli olan yöntem kimyasal yöntemdir. Kaynak araştırmaları yapılırken kimyasal yöntemin; transesterifikasyon, mikro-asıltı oluşturma, inceltme ve piroliz olarak adlandırılan dört kısımda incelendiği görülmektedir (Vellguth 1983, Ulusoy 1999, Srivastava ve Prasad 2000).
1.1.1. Transesterifikasyon
Transesterifikasyon, hayvansal veya bitkisel yağların alkol ile reaksiyona sokularak yakıt elde edilen bir yöntemdir. Yani bir biyo-yakıt elde etme yöntemidir.
Transesterifikasyon, alkolün bir katalizör varlığında yağ asitlerinin (bitkisel yağ) trigliseritleriyle reaksiyona girdiği kimyasal reaksiyondur. Ester ve gliserol oluşturmak için yağın alkolle geri dönüşümlü bir reaksiyonudur (Sinha ve ark. 2008). Transesterifikasyon reaksiyonu hem homojen hem de heterojen katalizörler ile katalize edilebilir. Homojen katalizörler, alkalileri ve asitleri içerir. En yaygın olarak kullanılan alkali katalizörler NaOH, KOH ve karbonatlardır. Bunlardan başka kullanılan sodyum
metoksit ve sodyum etoksit gibileri de vardır. Ayrıca sodyum bütoksit ve potasyum alkoksitlerde yaygın kullanıma sahip olan katalizörler sınıfında yer almaktadır. (Freedman ve ark. 1986, Muniyappa ve ark. 1996, Lang ve ark. 2001, Vicente ve ark. 2004). Çeşitli deneysel araştırmalar bitkisel yağların yakıt özelliklerinin transesterifikasyon ile geliştirilebileceğini göstermiştir (Sinha ve ark. 2008).
1.1.2. Mikro-Emülsiyon Oluşturma
Sıvı asıltı olarak da adlandırılabilen emülsiyon, birbiri içinde çözünmeyen iki sıvının karışımını ifade eder. Mikro-emülsiyon, iç içe karışmayan 1 ile 150 nanometre boyutlarında iki sıvının iyonik olarak kendiliğinden karışmasıyla elde edilir. Kimi zaman bu karışım iyonik değildir ama kolloidal bir yayılım olarak da kendiliğinden oluşmuş olabilir (Aksoy 2010). Mikro emülsiyon işleminde kullanılan organik madde alkoldür. Emülsiyondaki alkollerin setan sayısının az olması ve düşük sıcaklığa bağlı olarak ayrışma eğiliminin yüksek olması bu yöntemin dejavantajı olarak görülmektedir (Aydın 2007).
1.1.3. İnceltme
Atık yağların ve bitkisel yağların bir çözücü ile karıştırılarak seyreltilmesi olayıdır. Çözücü olarak dizel yakıt da kullanılabilmektedir. Karıştırılan çözücü sayesinde yağın viskozitesi düşürülmektedir (Aksoy 2010, Oğuz 2004). Yakıt miktarı azaldığından yakıt ekonomisi sağlanarak tek başına dizel yakıt kullanımına göre maliyet düşürülmüş olmaktadır.
Biyodizel üretiminde seyreltme yöntemiyle kullanılan hammaddeler kolza, yer fıstığı, ayçiçek yağı, atık yağlar ve bitkisel yağlardır (Srivastava ve ark. 2000, Oğuz 2004).
1.1.4. Piroliz
Yüksek moleküllü bileşiklerin düşük moleküllü bileşiklere dönüştürmek için bileşiğe yüksek sıcaklık verilen bir termokimyasal yöntemdir (Aksoy 2010). Atık yağlar kapalı bir kapta ısıtılarak veya standart damıtma ile ısıl işlem uygulayarak iki şekilde piroliz işlemi gerçekleştirilebilir. Bu işlem havasız ya da azot gazı varlığında yapılabilmektedir (Srivastava ve ark. 2000). Piroliz yöntemi, yakıt elde etme biçimlerinden en sık kullanılan ve daha çok bilimsel araştırmaya konu olması sebebiyle
çalışmamızda diğer yöntemlere göre daha çok yer verilmektedir. Hammaddenin içeriği, hammaddenin parçacık boyutu, basınç, piroliz sıcaklığı, ısıtma hızı, reaktör, işlemin yapıldığı ortam ve işlem hızı gibi faktörler piroliz yöntemini etkilemektedir.
Birçok araştırmacı dizel motorlara uygun ürünler elde etmek için trigliseritlerin pirolizi üzerinde çalışmıştır. Bu çalışmalar, hidrokarbon bazlı dizel yakıtlarda bulunanlara benzer parafin ve olefinlerin elde edilmesine yönelik olarak, elde edilen ürünlerin türüne, katalizörlere, büyük ölçüde metalik tuzların kullanımına, termal ayrışma ürünlerinin karakterizasyonuna etkisini kapsamaktadır (Srivastava ve ark. 2000).
Farklı ülkelerde yakıt elde etmek için Birinci ve İkinci Dünya Savaşları sırasında farklı trigliseritlerin pirolizi kullanılmıştır (Lima ve ark. 2004). Çinde İkinci Dünya Savaşı sırasında hidrokarbon elde etmek için tung yağı pirolizi yöntemi kullanılmıştır (Chang ve ark. 1947). Bu hidrokarbonlar, şimdi kullanılan dizel petrolü elde etme sürecine benzer bir sistemde benzin ve dizel benzeri yakıt üretimi için hammadde olarak kullanılmıştır. O zamandan beri bitkisel yağ pirolizi üzerinde çeşitli kimyasal çalışmalar yapılmaktadır. Yakıt elde etmek için alternatif bir yöntem olarak görülen piroliz işlemi için çeşitli çalışmalar literatüre girmiştir (Alencar ve ark. 1983, Idem ve ark. 1996, Fortes ve ark. 1999).
Kok kömürü üretmek için uzun bir süreden önce piroliz yöntemi kullanılmaktadır. Üretilen kok kömürünün verimini arttırmak için sıcaklık düşük, reaksiyon hızı yavaş tutulmuştur. Bu alanda yapılan çalışmalarla birlikte piroliz mekanizmasında değişiklikler yapılmıştır. Isıtma hızı ve reaksiyonlarda değişiklikler yapılarak katı,sıvı ve gaz bileşimlerinin verimleri değiştirilebileceği görülmüştür (Dandik 1996).
Yağların pirolizi 100 yılı aşkındır petrol kaynağı bulunmayan ülkelerde araştırılmaktadır. Pirolizin işlem süreci zorlu ve biraz da maliyetlidir. Ancak çalışılan ürünlerin atık yağlar olması sebebiyle yakıtın maliyetini düşürmektedir. Piroliz ile elde edilen ürünler benzin ve dizel yakıta kimyasal yönden benzemektedir (Zhenyi ve ark. 2004). Dizel yakıta olan benzerlik içten yanmalı motorlarda herhangi bir modifikasyon yapmadan kullanım olanağı sağlaması açısından önem arz etmektedir.
Hammaddelerin çeşitliliği ve işleme teknolojisine bağlı olarak, bileşim ve fizikokimyasal özellikleri arasında önemli farklılıklar bulunmaktadır. Ayrıca AYY bazı zararlı ağır elementleri (Pb, Cr, Cd ve benzeri) içermektedir. Bu nedenle, piroliz yağlarının özelliklerine işleme alınmadan önce daha fazla dikkat edilmelidir. Bazı
araştırmalar, esas olarak diğer üretim yöntemlerine ve zararlı ağır elementlerin saptanmasına odaklanarak gerçekleştirilmiştir (Lam ve ark. 2012, Kim ve ark. 2013, Salem ve ark. 2015).
Kim ve Kim (2000), tarafından atık otomobil yağlama yağının kinetiği, deneysel olarak incelenmiştir ve matematiksel olarak modellenmiştir. Boru reaktör hacmi 39 mililitrelik olan deneyleri, 420-440 °C ve 5-50 dakika reaksiyon süreleri arasında gerçekleştirilmiştir. Tüm deneysel çalışmalar için boru reaktörlerine 5 gramlık bir numune ilavesi yapılmıştır. Atık yağlama yağının pirolizi için %59 KNO3 (potasyum
nitrat) , %41 Ca(NO3)2 (kalsiyum nitrat)’ın ötektik tuzu kullanılmıştır. Mükemmel ısı
transfer özelliklerine sahip erimiş bu tuz banyosu, atık ve yağlama yağının pirolizi için kullanılmıştır. Gaz verimlerinin (C1–C4) 20 dakika reaksiyon süresine kadar arttığını ve daha sonra deney sıcaklıklarında reaksiyon süresinde daha fazla artış ile azaldığını bildirmişlerdir (Kim ve ark. 2000).
1.2. İçten Yanmalı Motorlarda Yanma
Yanma olayı en basit tanımı ile maddelerin oksijen ile yaptıkları reaksiyonlardır. Her kimyasal reaksiyonda olduğu gibi yanma sonucunda bir ısı ve enerji açığa çıkmaktadır. Yanma olayı için yanıcı madde (yakıt), yakıcı gaz (oksijen) ve tutuşma sıcaklığına eriştirecek bir ısıya ihtiyaç vardır. Yakıt ister katı yakıt (odun, kömür gibi) ister sıvı yakıt (petrol, alkol gibi) veya gaz yakıt (doğalgaz, biyogaz gibi) olsun içeriğinde değişik bağ şekillerinde ve değişik oranlarda C, O, H veya S elementleri vardır. Bu elementler oksijenle tepkimeye girerek yanma olayı gerçekleşmektedir. Yakıtın kimyasal enerjisinin ortaya çıkması sonucu sıcaklık ve basınçları yükselen yanma gazları genişler ve pistonları hareket ettirir. Böylece piston, biyel ve krank mili enerjiyi mekanik enerjiye çevirir. İçten yanmalı dizel motorlarda yanma işleminin periyotları vardır. Bu periyotlar ise şöyledir.
1- Tutuşma gecikmesi safhası a- Fiziksel gecikme b- Kimyasal gecikme 2- Kontrolsüz yanma safhası
3- Enjeksiyon kontrollü (denetimli) yanma safhası 4- Art (son) yanma safhası
Yakıtın enerjiye dönüşüm hızı tüm pistonlu motorlarda önemli bir parametre olarak değerlendirilmektedir. Çünkü çevrim verimliliğini kontrol eder. Genel olarak motorlardaki yanma (enerjiye dönüşüm) işlemi şöyle gerçekleşmektedir; Piston silindir içerisinde yukarı-aşağı ekseninde hareket eder. Bu hareket sırasında hızın anlık olarak sıfır olduğu bir ölü nokta bölgesi vardır. Eğer bu nokta pistonun üst tarafında ise üst ölü nokta alt tarafta ise alt ölü nokta olarak adlandırılmaktadır. Başka bir deyişle piston yukarıya çıkarken ulaştığı en üst nokta üst ölü noktadır, alttaki de alt ölü noktadır. Alt ölü nokta ile üst nokta arasında hareket eden pistonun aldığı mesafeye strok denilmektedir. Bu mesafenin silindir çapıyla çarpılmasıyla strok hacmi elde edilmektedir. Yanma odası hacmi ise pistonun üst ölü noktaya vardığı anda piston ile silindir kapağı arasında kalan ve yanmanın gerçekleştiği bölgenin hacmidir. Hava silindire çekilir ve sıkıştırılır ve sıkıştırma strokunun sonuna yakın bir yerde, yüksek basınç altında ve ince partiküller halinde yanma odasına yakıt püskürtülerek enjekte edilir. İyice sıkıştırılan yakıt buji ile ısıtılır ve yanma olayı gerçekleşir. Yanma iş zamanının sonucunda egzoz gazları dışarı atılır.
1.2.1. Tutuşma Gecikmesi Safhası
Yanma püskürtme işlemi başlar başlamaz vuku bulmaz. Yakıt silindir içine püskürtüldüğünde sıcak hava ile temas etmesiyle yakıt damlacıkları buharlaşmaya başlar ve gerçek yanmaya kadar bir süre geçer buna tutuşma gecikmesi periyodu denir. Bu periyot fiziksel ve kimyasal gecikme olarak ikiye ayrılır.
1.2.1.1. Fiziksel Gecikme
Yakıtın yanmaya hazır hale gelmesi sürecidir. Sıvı yakıtın piston içine girdikten sonra yanmaya hazır olana kadar geçen süreyi ifade eder.
1.2.1.2. Kimyasal Gecikme
Fiziksel gecikmenin ardından tutuşma anının başlamasından önceki ilk reaksiyonların gerçekleştiği süre olarak ifade edilebilir.
1.2.2. Kontrolsüz Yanma Safhası
Yanmanın başladığı andan basıncın hızlı bir şekilde artmaya başladığı noktadan en büyük basıncın oluştuğu noktaya kadar geçen zamana hızlı yanma safhası ya da gerçek enerjinin meydana geldiği yanma olarak tanımlanır.
1.2.3. Enjeksiyon Kontrollü (denetimli) Yanma
Tutuşma gecikmesi sırasında yanma odasında biriken yakıtın ani olarak yanmasından sonra kontrollü yanma adımına geçilir. Dizel yakıtının yanmasını oluşturan ana evre üçüncü sırada gerçekleşen kontrollü yanma veya diğer adıyla denetimli yanma safhasıdır. Buna difüzyon kontrollü yanma da denir. Bu evrede yakıtın buharlaşması ve bu buharının havayla karışma hızı yanmanın süresini etkilemektedir (Çelik 2015).
1.2.4. Art (Son) Yanma Safhası
Yanma püskürtme işlemi bittikten sonra da devam eder. Tepkimeye girmemiş ve yanma işlemi tamamlanmamış partiküller oksijenle teması sürdükçe tepkime devam eder. Bu evreye son yanma safhası denir.
1.3. Dizel Yakıtlı Motorların Emisyonları
Hava atmosferdeki gazlardan oluşmaktadır. Havanın canlılar açısından büyük bir öneme sahip olduğu bilinen bir olgudur. Bir insanın günlük tüketmesi gereken sıvı miktarı diyetisyenler tarafından çeşitli formüllerle kişiye özgü hesaplanmaktadır. Ancak bu değer bir gün için ortalama 2.5 litre olarak çıkmaktadır. Buna ek olarak 1.5 kilo besin tüketme ihtiyacı olan insanın günlük 10 ile 20 m3 havaya ihtiyaç duyar. Hayatta kalabilme
açısından değerlendirildiğinde açlık ve susuzluğa dayanmanın havasızlığa dayanmaya oranla çok daha yüksek olduğu bilinmektedir. Dünyamızın saf haldeki havası %78.04 oranında N2, %20.94 oranında O2, %0.93 oranında Ar, %0.03 oranında CO2 ve geri kalan
%0.039 oranında diğer gazlardan oluşur.
Atmosferdeki hava bileşimi insanlar tarafından gerçekleştirilen üretimler ve yapılan tüketimlerle her geçen gün daha fazla değişime uğrayarak kirlenmektedir. Hava kalitesinin bozulmasına sebebiyet veren ulaşım araçlarının egzoz salınımları küçümsenecek boyutlarda değildir. Bu nedenle AB çeşitli Euro standartlarıyla atmosferi kirleten bu gazlar için sınırlandırmalar getirmiştir. Motorinle çalışan motorların egzoz emisyonları Şekil 1.1 ‘deki şematik görselden de anlaşılacağı üzere HC (hidrokarbonlar) ve S (kükürt) yakıtın içinde yanma işlemine katılırken hava bileşenleri de hava filtresinden geçerek yanma odasındaki tepkimeye dahil olmaktadır. Yüksek sıcaklıklardaki tepkimeler sonucunda da egzoz emisyonları oluşmaktadır.
Şekil 1.1. Egzoz emisyonları
Yanma işleminin sebebiyet verdiği egzoz gazı ürünleri CO, NOX, HC ve Partikül
maddedir (PM). Yakıt kaynaklı kirletici ise SO2’dir. Dizel motorlarda en çok görülen
emisyon NOX ‘dir (Alkaya ve Yıldırım 2000).
Egzoz emisyonlarıyla ilgili, ilk olarak 1968’de Kaliforniya’da bir düzenleme yapılmıştır. Daha sonra AB ülkelerinde sınırlamalar ve düzenlemeler getirilmiştir. Ocak 1992 yılında Euro 1 ile emisyon gereklilikleri başlamış olmakla beraber her geçen gün emisyon oranları azaltılmaktadır. Ülkemiz de bu kriterlere uymaktadır. AB ‘deki ülkelerde Eylül 2014 itibariyle yürürlüğe konan yasalara göre, motorini yakıt olarak kullanan araçların kilometre başına aldıkları mesafede 80 ppm üzerindeki bir miktardaki azot oksit emisyonuna sahip olamaz. Euro 6 emisyon sınır değerleri aşağıdaki çizelgedeki gibidir.
Çizelge 1.2. Dizel yakıt için Euro 6 egzoz emisyon değerleri (Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, 2012:1-3)
Euro 6 Egzoz Emisyon Değerleri (dizel) Referans Kütle (kg) CO (ppm) NOX (ppm) THC+ NOX (ppm) PM (ppm) Binek araçlar -- 500 80 170 4.5 Hafif ticari araçlar 1 m<1305 500 80 170 4.5 2 1305<m<1760 630 105 195 4.5 3 1760<m 740 125 215 4.5
2. KAYNAK ÖZETLERİ
Fritz ve ark. (1998), 7.5 volta kadar kullanılan yağlama yağı ile harmanlanmış JP-8 ile beslenen iki ağır hizmet tipi dizel motorda egzoz emisyon testleri gerçekleştirmişlerdir. Deneysel sonuçlar, CO veya NOX emisyonlarında belirgin bir artış
göstermemiştir ve motorda sadece HC, PM ve duman emisyonlarında kabul edilebilir düzeyde artışlar göstermiştir.
Tajima ve ark. (2001), kullanılmış yağlama yağı ve ağır yakıtın yanma karakteristiklerini incelemişlerdir. Sonuçlar, kullanılmış kayganlaştırıcı yağın, nispeten kısa süreli ateşleme gecikmesini ve ağır yakıt yağından daha az kurum oluşumunu gösterdiğini ortaya koymuştur. Ancak, silindir duvarlarındaki tortular gözlenmiş ve bu da motora uygulamadan önce yağın ön arıtma ihtiyacını ortaya koymuştur.
Murugan ve ark. (2008), saflaştırılmış lastik piroliz yağı ile dizel karışımları kullanılarak direkt enjeksiyonlu dizel motorun performans ve emisyon verilerini incelemişlerdir. Atık otomobil lastiklerinden elde edilen Lastik piroliz yağının (LPY) özellikleri analiz edilmiş ve petrol ürünleri ile karşılaştırılmış ve içten yanmalı dizel motoru için bir yakıt olarak da kullanılabileceği bulunmuştur. Mevcut çalışmada, dizel benzeri lastik piroliz yağının- dizel harmanları herhangi bir motor modifikasyonu olmaksızın dizel motorda alternatif yakıt olarak kullanılmıştır. NOX emisyonu dizel
yakıta göre daha düşük çıkmıştır. Ancak yapılan karışımlarda duman, HC ve CO daha yüksek çıkmıştır.
Murugan ve ark. (2009), lastik piroliz yağı kullanarak yaptıkları deneysel çalışmada daha fazla duman, NO ve HC emisyonu olduğunu gözlemlemişlerdir. Viskozitenin arttığını ve yakıt uçuculuğunun daha düşük olduğunu gözlemlemişlerdir. Bu çalışmada lastik piroliz yağının (TPO20) dizel yakıt ile kullanılabilmesi yakıt kalitesinin iyileştirme ile mümkün olabileceği sonucuna varılmıştır.
Arpa ve ark. (2010) atık yağlama yağının üzerinde yapılan işlemler sonucunda dizel benzeri yakıt elde edilmiştir. Bu yakıtın motor performansı ve egzoz gazları üzerindeki etkilerini deneysel olarak incelemişlerdir. Pirolitik damıtma yöntemiyle atık yağın 100 cc’ lik miktarından 60 cc dizel benzeri atık elde etmişler ve hazırladıkları dizel benzeri yakıtın (DBY’ nin) performans ve egzoz emisyon testlerini dizel test motoru kullanarak gerçekleştirmişlerdir. Üretilen DBY' nin motor performansı açısından dizel
motorlarda sorunsuz olarak kullanılabileceği görülmüştür. DBY kullanıldığında, tork, fren ortalama efektif basıncı ve fren termal verimliliğinin dizel örneğinden daha yüksek olduğu, fren özgül yakıt tüketiminin ise daha düşük olduğu gözlenmiştir. Özgül yakıt tüketimi 2200 devirde minimum iken tork ve fren ortalama etkili basınç maksimum değere ulaştı fark edilmiştir. DBY' deki kükürt değerinin standart değerlerden çok daha fazla olduğu tespit edilerek, kimyasal yöntemlerle azaltılması önerisinde bulunmuşlardır. Arpa ve ark. (2010), pirolitik damıtma ile atık yağlardan dizel yakıt üretimi çalışması yapmışlardır. Bu amaç doğrultusunda atık motor yağını bir tankta toplamışlardır. Toz, ağır karbon kurumları, metal partikülleri, zamk gibi kirleticilerden arındırmışlar. Atık yağlama yağından %60 oranında dizel benzeri yakıt elde etmişlerdir.
Singhabhandhu ve Tezuka(2010), atık pişirme yağı, atık yağlama yağı ve atık plastiklerden elde edilen yağı çoklu atık entegrasyonu için çalışma yapmışlar. Bu çalışmaya göre, üç atığın bertaraf edilmesi sorununun çözülmesi ile beraber dizel yakıttan tasarruf edilerek enerji geri kazanımı da sağlanmış olur.
Behera ve ark. (2013), kullanılmış trafo yağının dizel motoruna doğrudan enjeksiyonu (DE) sonucunda yanma, performans ve emisyon parametrelerini incelemişlerdir. Dört zamanlı, Tek silindirli, hava soğutmalı, direkt enjeksiyonlu dizel motorun yanma, performans ve emisyon parametreleri incelenmiştir. Kullanılmış trafo yağı (KTY) ve dizel yakıt karışımlardan altı farklı karışım yapılmıştır. KTY konsantrasyonu hacim bazında %10'undan düzenli aralıklarla %60'a kadar farklı karışımlar yapılarak sonuçlar analiz edilip dizel kullanımı ile karşılaştırılmış. KTY- dizel karışımlarının, dizel ile karşılaştırıldığında, dumanın azaltılmasında belirgin bir iyileşme ile ısıl verimde artış gözlenmiştir. KTY- dizel karışımların için NO emisyonları dizelinkinden daha yüksek çıkmasına karşın ateşleme gecikmesi dizelden daha kısa çıkmıştır. Sonuç olarak KTY sıkıştırmalı dizel motorlarda yakıt olarak kullanılabilir. Belirli bir enerji tüketimi göz önüne alındığında, KTY40 test edilen karışımlar arasından kullanım için uygun bir karışım olarak ifade edilmiştir. Tutuşma gecikmesi, Kullanılmış trafo yağı ve dizel karışımları için tüm çalışma dizisinde dizelinkine kıyasla yaklaşık 1– 3 °C daha kısa çıkmıştır. KTY- dizel karışımları için NO, HC ve CO emisyonları, tam yükte dizelinkinden daha yüksek çıkmıştır. Tam yükte KTY40'ın duman değeri dizelden yaklaşık %5,9 daha düşük çıktığı tespit edilmiştir.
Arpa ve ark. (2013), atık yağlama yağından üretilen dizel benzeri yakıtın kükürtsüzleştirilmesi ve motor performansı ile egzoz emisyonu üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Pirolitik damıtma yöntemiyle üretilen DBY’ nin içindeki kükürt miktarını azaltmak için 50 °C ‘de oksidatif kükürt giderme (OKG) yöntemi uygulanmıştır. Sıcaklığın, DBY' nin kükürt içeriğinin azaltılması üzerinde önemli bir etkisi olduğu gözlenmiştir. Ticari dizel yakıtlara göre düşük kükürtlü dizel benzeri yakıtlar için tork, ortalama etkili basınç ve fren termal verimliliğinin biraz daha yüksek olduğu buna karşılık fren özgül yakıt tüketiminin, egzoz ısısı ve SO2, CO ve NOX
emisyonlarının daha düşük olduğunu göstermiştir. Düşük kükürtlü dizel benzeri yakıtın, dizel motorda fiziko-kimyasal parametreler, distilasyon ve performans testleri açısından herhangi bir sorun olmadan kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada düşük kükürtlü dizel benzeri yakıtın kullanılan dizel yakıttan daha az kirletici olduğu sonucuna varılmıştır.
Yadav ve Saravanan (2015), atık trafo yağının geri dönüşümü ile elde edilen hidrokarbon yakıtın motor karakterizasyonu çalışmasında atık trafo yağının viskozitesini düşürmek ve dizel motor kullanılabilmesi için elverişli hale getirmek amacıyla kimyasal olarak arıtılması için çaba sarf etmişlerdir. Yaptıkları bir dizi çalışma sonucunda atık trafo yağının dizel motorda yakıt olarak kullanılabilir olduğunu ortaya koymuşlardır.
Gabiña ve ark. (2016), dizel deniz motorları için atık yağ bazlı alternatif yakıtlar ile ilgili bir çalışma yapmışlardır. Performansları karşılaştırmak için alternatif yakıt ve balıkçılık filosunda yaygın olarak kullanılan distilat yani damıtılmış yakıt için testler yapılmıştır. Damıtılmış yakıt, alternatif yakıttan daha iyi enerji verimliliği özellikleri (özgül enerji ve yakıt tüketimi) sağladığı gözlemlenmiştir. Alternatif yakıtın yani atık yağdan elde edilen yakıtın NOX emisyonları damıtılmış yakıttan daha düşük çıkmıştır. Bu
çalışma, dizel deniz motorların kullanımı için alternatif bir yakıtın teknik mümkün olduğunu göstermektedir.
Rinaldini ve ark. (2016), plastik atıklardan elde edilen bir yağı dizel bir motorda yakıt olarak kullanmayı denemişlerdir. Plastiklerin pirolizinden elde edilen atık plastik yağın hem evsel hem de endüstriyel faaliyetler tarafından üretilen çok büyük miktardaki plastik atıkların bertaraf sorununu hafifletmenin yanı sıra atıkların değerli enerji içeriğini geri kazanmanın iki avantajını da beraberinde getireceğini dile getirmişlerdir. Yapılan bu çalışmada atık plastik yağı için motor performansında hafif bir azalma olduğunu
gösterirken yakıt tüketiminde tasarruf olduğunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak, atık plastik yağın tork ve motor gücü dizel yakıta göre %5 ile %10 kadar düşük olduğu görülmüştür. Atık yağın özgül yakıt tüketiminin az olduğu tespit edilmiştir. Motor atık plastik yağ ile çalışırken, egzoz emisyonunun her zaman daha düşük olduğu ve tam yükte %50'ye varan bir fark olduğunu dile getirmişlerdir.
Maceiras ve ark. (2017), atık motor yağını dizel yakıta dönüştürmeye çalışmışlardır. Atık motor yağını pirolitik damıtma yöntemiyle yeniden kullanılabilir bir ürüne yani dizel yakıtına dönüştürmeyi amaçlamışlardır. Yeni yakıtın saflaştırılmasında iki katkı maddesinin (sodyum hidroksit ve sodyum karbonat) etkisi de incelenmiştir. Elde edilen yakıtın kalitesini analiz etmek için bazı termal ve fiziko-kimyasal özellikler (yoğunluk, viskozite, renk, bulanıklık, asitlik değeri, damıtma eğrileri, setan sayısı, Cu, su içeriği, parlama noktası ve hidrokarbonlar için aşındırıcılık) belirlenmiştir. En iyi sonuçların %2 sodyum karbonat ve iki ardışık damıtma ile elde edildiği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, atık motor yağının pirolitik damıtılmasıyla motorlarda kullanılacak dizel yakıtın üretilmesi için mükemmel bir yol olduğunu göstermiştir.
Mahari ve ark. (2017), atık nakliye yağının mikrodalga destekli piroliz yoluyla dizel benzeri yağa dönüştürülmesi adlı çalışmasında elde ettikleri sonuçlara göre mikrodalga ile desteklenen pirolizin atık nakliye yağını alternatif bir yakıt kaynağına dönüştürmek için bir potansiyele sahip olduğu görülmektedir.
Wang ve Ni (2017), dizel yakıtlı motorun dizel benzeri atık yağlama yağından elde edilen yakıt ile çalıştırmayı denemişlerdir. Yaptıkları çalışmada yanma ve emisyon farklılıklarını tanımlamak için dizel motorunda herhangi bir değişiklik yapmadan hem dizel benzeri atık yağlama yağı hem de dizel yakıt ile çalıştırılan dizel motorun performansını ve emisyonlarını incelemişlerdir. Yakıtların yakıt ekonomisi, motor performansı, yanma özelliklerini ve hidrokarbon (HC), karbon monoksit (CO), azot oksit (NOX) ve duman emisyonları test edilmiştir. DBY’ nin dizel yakıttan daha uzun tutuşma
gecikme süresi ve daha kısa yanma süresi göstermiştir. Özgül yakıt tüketimi (be) incelenip DBY' nin dizel ile karşılaştırıldığında hafif ve orta yükler altında 3000 rpm'de (devirde) yaklaşık %3 oranında azaltılmıştır. DBY orta ve ağır yüklerde biraz daha yüksek NOX emisyonu ve biraz daha fazla duman emisyonuna neden olduğu, özellikle
orta yüklerde dizel yakıttan daha yüksek HC ve CO emisyonları gözlemlenmiştir. DBY'nin yüksek hızlarda dizel motorlarında herhangi bir problem olmadan yakıt olarak
kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. DBY' nin dizel motorlarda herhangi bir değişiklik yapmadan yakıt olarak kullanılabileceği görülmektedir. Ayrıca DBY, saf dizelden daha düşük be' ye sahiptir.
Gabiña ve ark. (2019), dizel deniz motorunda alternatif yakıt olarak motoru atık yağ ile çalıştırıp performansını incelemişlerdir. Bu çalışmalarında dizel deniz motorlarının sera gazı emisyonları da dahil olmak üzere çok miktarda hava kirliliğinden sorumlu olduğuna dikkat çekmişlerdir. Endüstri kalıntıları içerisinde atık yağların bol miktarda olduğuna da vurgu yapmışlardır. Sonuç olarak, alternatif yakıtın hızlı bir şekilde yandığını, ancak bu tür bir yakıt için beklenen yanmadan daha gecikmeli bir yanma olduğunu gözlemlemişlerdir. Emisyonlara bakıldığında, alternatif yakıtın daha düşük NOX ve CO2 emisyonuna sahip olmakla birlikte, dizel yakıtlara göre biraz daha yüksek
CO emisyonu ve daha çok duman çıkardığı tespit edilmiştir. Atık yağın kükürt emisyonu fazla olmasına karşın bunun deniz kurallarının sınır koyduğu maksimum seviyenin altındadır. Bu nedenle, atık yağ bazlı alternatif yakıtların bir gemi dizel motorunda kabul edilebilir emisyonlara sahip olduğunu ortaya koymuşlardır.
Yapılan çalışmalar bize fosil yakıtlara alternatif olabilecek yeni enerji kaynaklarının var olduğunu göstermektedir. Bu enerji kaynaklarının atık yağlama yağlarından elde edilen, kullanılmış trafo yağlarından elde edilen ve atık lastiklerden elde edilen yakıtlar olması çevre temizliği açısından değerli çalışmalardır. Atık yağlama yağlarının motorlarda kullanılmasıyla nispeten ateşleme gecikmelerinin olduğu gözlemlenmiştir. Bununla beraber yağ kaynaklı atıkların geri dönüştürülüp yakıt olarak kullanılmasıyla hidrokarbon emisyonlarının yüksek olduğu söylenebilmektedir. Ancak özgül yakıt tüketiminin az miktarlarda da olsa azaldığı gelecekteki çalışmalar için umut verici olarak görülmektedir. Yakıt elde etme yöntemi olarak çoğunlukla piroliz işlemi tercih edilmiş olduğu görülmektedir. Elde edilen bu dizel benzeri yakıtların içerisindeki kükürt miktarının fazlalığı nedeniyle ek işlem gerektirmektedir. Atık yağlama yağlarının, kullanılmış trafo yağlarının ve lastik piroliz yağlarının kullanıldığı çalışmalarda HC, CO ve duman emisyonu dizel ile kıyaslandığın daha yüksek olduğu görülmektedir. Bazı çalışmalarda bu emisyonlara ilaveten NOX emisyonlarının da dizel ile kıyaslandığında
daha fazla olduğu tespit edilmiştir.
Toparlamak gerekirse, atıkların direkt olarak motorlarda kullanılmasının mümkün olmadığı ancak çeşitli işlemler ile motorlarda kullanılabilecek hale getirilebileceği
görülmektedir. Bu durum dezavantaj olsa da dizel motorların sistemlerinde, motor iç hacim veya motor işleyişinde herhangi bir değişiklik yapılmadan bu yeni yakıtların kullanılabiliyor olması iyi bir avantajdır. Kaldı ki dizel yakıtları da rafine haliyle kullanamamaktayız. Yani ham petrolü motorlarda kullanabilmek amacıyla bir dizi işlem yapılmaktadır.
3. MATERYAL VE METOT 3.1. Giriş
Yapılan literatür taramasında atık yağların geri dönüşümü ile ilgili çeşitli çalışmaların olduğu görülmüştür. Bu çalışmalarda, geri dönüşüm sürecinden sonra elde edilen yakıtın dizel yakıt ile belli hacimsel oranlarda karıştırılarak motor performansı ve egzoz emisyonu parametreleri üzerinde bir araştırma olmadığı tespit edilmiştir. Atık yağlama yağının tek başına yakıt yerine kullanıldığı çalışmalarda motor parçalarında aşınma ve yıpranmanın olmadığı belirtilmektedir (Bechtold ve Lestz 1976). Ülkemizde dizel petrol kaynağının yok denecek kadar az olması ve neredeyse kullandığımız tüm yakıtı ithal ettiğimiz bilinmektedir. Bu nedenle alternatif bir yakıta ihtiyaç duyduğumuz veya miktarı fazla olan atık yağlardan yakıt elde etmemiz gerektiği konusunda bize fikir vermektedir.
Küresel fosil yakıt rezervleri sınırlı olduğundan, yakıt üretimi için alternatif karbon kaynaklarını bulmak için büyük çaba sarf edilmektedir. Literatürde, atıkların pirolizi üzerine yapılan araştırmaların çoğu çeşitli katı atıklardan elde edilirken (Sainz-Diaz ve ark. 1997) bazıları atık lastiklerden (Cao ve ark. 2008) ve bazısı da plastik atıklar ile ilgili (Shiraga ve ark. 1947) çalışmalar yapmıştır.
Yakıtların enerji kapasiteleri farklı farklıdır. Mesela benzinin enerji kapasitesi kilogram başına 46 MJ iken petrolün 42 MJ ve dizel yakıtınki ise 43 MJ’ dür. Kömürün enerji kapasitesi 32-37 MJ/kg’dır (Ayhan 2008). İşlenmiş atık motor yağı 43.07 MJ / kg (Bhaskar ve ark. 2004) gibi yüksek enerji kapasitesine olup, bu da Petro-dizele yakındır. Ancak benzininkinden biraz daha düşük olmasına rağmen kömürden daha yüksektir (Arpa 2009).
Bu çalışmada Arpa ve arkadaşları tarafından atık motor yağından pirolitik damıtma yöntemiyle elde edilen yakıt kullanılmıştır (Arpa ve ark. 2010). AYY’lerden elde ettikleri yakıt temin edilerek kullanılmıştır. Kullanmadan önce temin edilen yakıt 3 aylık yaz döneminde Dicle Üniversitesi, Diyarbakır’da dinlendirilmiş ondan sonra dizel yakıt ile hacimsel karışım hazırlanarak tek silindirli motorda egzoz emisyon ölçümleri alınmıştır.
Dizel benzeri yakıt için literatürde yapılan kısaltma DBY şeklindedir. Bu çalışmada da literatüre uyularak dizel benzeri yakıt DBY şeklinde kısaltma yapılmıştır.
3.2. Materyal
3.2.1. Atık Motor Yağı
Atık yağlama yağını tehlikeli maddelerden arındırmak ve atık yağlama motor yağını yeniden kullanılabilir hale getirilirken sterilize etmek için bir arıtma ve damıtma sistemi tasarlanarak yakıt üretilmiştir. Bu işlem için kurulan sistem, atık yağ depolama tankı, yağ pompası ve filtre, reaktör, kontrol paneli, yakıt depolama tankı, mikser ve yoğuşturucu (kondenser) gibi birkaç bileşenden oluşturulmuştur (Arpa ve ark. 2010). Yapılan bu çalışmada, atık yağlama motor yağlarının dizel benzeri bir yakıt olarak kullanımının fizibilitesi deneysel olarak incelenmiştir. Bu bağlamda, pirolitik damıtma yöntemi uygulanarak dizel benzeri yakıt (DBY) olarak adlandırılan bir yakıt üretilmiştir. Arıtma ve damıtma sisteminin şematik diyagramı Şekil 3.1.’de yer almaktadır.
Şekil 3.1. Arıtma ve damıtma sisteminin şematik diyagramı[11].
Atık yağlama yağlarının viskozitesi yüksektir ve kükürt, karbon kurumları, küçük metal parçacıkları içerir (Arpa ve ark. 2010). AYY’ yi bu haliyle yakıt olarak kullanmak mümkün olmadığından arıtma işlemine maruz bırakmak gerekir. Kükürt miktarını azaltmak için genellikle yağlama yağına çeşitli katkı maddeleri eklenmektedir.
Bir maddenin yakıt olarak kullanılabilmesi için özelliklerine bakılması gerekmektedir. Elde edilen dizel benzeri yakıtın (DBY) özellikleri Çizelge 3.1 ‘de dizel yakıt özellikleriyle beraber verilmiştir. DBY' nin yoğunluk, parlama noktası, viskozitesi,
kükürt içeriği ve alt ısıl değeri gibi özellikleri test edilmiş ve dizel yakıtın değerlerine yakın bulunmuştur (Arpa ve ark. 2010).
3.3. Metot
3.3.1. Dizel Motor Özellikleri ve Test Ünitesi
Yakıtın kimyasal enerjisini içten yanmalı motorlar sayesinde işe çevirebilmekteyiz. Bu motorları çeşitli sınıflara ayırmak mümkündür. Sınıflandırmayı kullandıkları yakıtlara göre kıvılcım ateşlemeli olan benzinli veya sıkıştırma ateşlemeli olan dizel motorlar, zamanlamalarına göre iki zamanlı veya dört zamanlı olarak sınıflandırılabilir. Buna ilaveten silindir sayılarına göre tek silindirli veya birden çok çift silindirli (2,4,6 gibi), silindir dizilişlerine göre düz sıra veya V motor, ateşleme şekillerine göre platin veya elektronik ateşlemeli motorlar olarak sınıflandırmak mümkündür (Crouse 1970, Taylor 1985, Heywood 1988). Bunun dışında piston hareketlerine göre (git-gel, dönel), soğutma sistemlerine göre (sulu, havalı) ve çevrimlerine göre (Otto, Dizel veya karma çevrim) gibi sınıflandırmaları vardır (Crouse 1970, Taylor 1985, Heywood 1988). Bu çalışmayı yapabilmek için en temel bileşenlerden biri motor seçiminde yerli üretim Antor 4 LD 820 dizel motor tercih edilmiştir. Temin edilen DBY-dizel yakıt karışımı numunelerinin motorda verimli bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını test edilmeye çalışılmıştır. Dizel motorda numunelerin kullanımından sonra performans ve egzoz emisyonu sonuçları incelenip analiz edilmeye çalışıldı. Bu amaç doğrultusunda DBY-dizel yakıt örneği Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü laboratuvarında Antor 4 LD 820 dizel test motorunda uygulamalar yapılmıştır. Çizelge 3.1. Dizel yakıt ve çalışmada elde edilen dizel benzeri yakıtın özellikleri (Arpa ve ark. 2010)
Özellikler Dizel yakıt TS3082-EN 590 DBY
Yoğunluk 15°C’de (kg/m3) 820 - 845 818
Vizkozite 40°C’de (mm2/s) 2 – 4.5 3.49
Parlama Noktası (°C) > 55 57
Sülfür (ppm) 50 3500
Su (mg/kg) < 200 130
Alt Isıl Değer (kJ/kg) 42,700 42,500
Bu laboratuvarda motor performans parametreleri ölçülmüştür. Elde edilen sonuçların irdelenmesine bulgular ve tartışma kısmında yer verilmektedir.
Motor performansı ve egzoz emisyonları tek silindirli, dört zamanlı, doğal emişli ve doğrudan enjeksiyonda (Antor 4 LD 820 dizel motor) gerçekleştirildi. Yükleri ayarlamak için dizel motorla su fren dinamometresi ile birleştirildi. Performans verilerini görüntülemek için bir elektronik kontrol ve ölçüm cihazı kullanıldı (Şekil 3.2.). Bu kontrol ve ölçüm cihazı hızı, yakıt ölçümünü ve fren gücünü sırasıyla ± 5 devir/dakika, % ± 0.5045, % ± 0.5055 hassasiyetle okuyabilmektedir. Ancak yakıt, depodan kontrollü bir akış yolu hazırlanan bir düzeneğin içinde yer alan 50 ve 100 mililitrelik haznelere sahip şiber vanalı bir cam kontrol ünitesinden geçirilerek ölçüm yapılmıştır. Test süreleri kronometre tutularak üçer tekrarın ortalaması alınması suretiyle gerçekleştirilmiştir. Böylece ölçümün hata oranı düşürülmek istenmiştir.
Şekil 3.2. Kontrol paneli
Motoru ısıtmak için her bir karışım test edilmeden önce öncelikle birkaç dakika boyunca Euro-Dizel yakıtla çalıştırılmıştır. Benzer şekilde, motor kapatılmadan önce dizel yakıtla çalıştırıldı ondan sonra durdurulmuştur. Şekil 3.3. motor test teçhizatını ve egzoz analiz cihazını şematik olarak göstermektedir. Şekil 3.4.’te ise dizel test motoru ve dinamometresinin görüntüsü yer almaktadır.
1) motor şasisi,
2) egzoz gazı analiz probu, 3) egzoz gazı analizörü, 4) tek silindirli dizel motor, 5) yük hücresi, 6) dinamometre, 7) hızölçer (takometre), 8) kontrol paneli, 9) yakıt büreti, 10) Yakıt deposu.
Motor performans ve emisyon testlerini gerçekleştirmek için motor ilk olarak 3000 dev/dak’da yük olmaksızın çalıştırıldı. Ardından su freni dinamometresi kullanılarak motor yükü arttırıldı. Motor devri sırasıyla 2500, 2000, 1500 ve 1000 dev/dak'ya düşürülerek ölçümler alındı. Motorun ayrıntılı özellikleri Çizelge 3.2.'de listelenmiştir.
3.3.2. Emisyon Ölçüm Cihazı ve Özellikleri
Test motorundan çıkan emisyonları (O2, CO, HC, NOX, NO ve egzoz gazı
sıcaklığını) ölçmek için portatif emisyon cihazı Testo 350 gaz analiz cihazı kullanıldı. Cihaz kabaca, cihaz gövdesi (Şekil 3.5), modüler baca gazı probu (şekil 3.6) ve kontrol ünitesi (şekil 3.7) olmak üzere 3 parçadan oluşmaktadır. Egzoz gazı ölçüm cihazının görseli şekil 3.8’de yer almaktadır. Bu cihaz %0.8 hassasiyetle oksijen, %10 hassasiyetle karbon monoksit, kükürt dioksit ve azot oksit emisyonlarını ve ayrıca %5 hassasiyetle ile hidrokarbon ve azot dioksit emisyonlarını ölçmektedir. Motor çalışma sıcaklığına ulaştıktan sonra cihazın ölçme probu egzoz borusuna yerleştirildi. Her test üç kez tekrar edildi. Ardından, cihaz tarafından ölçülen emisyon değerleri cihazdaki bir yazıcıdan yazdırıldı. Yazdırılan sonuçlar 2500, 2000, 1500 ve 1000 dev/dak için yapılan üçlü ölçümün ortalaması alındı. Emisyon ve performans parametreleri için sonuçlar deneysel
Çizelge 3.2. Test motorunun detaylı teknik özellikleri
Motor Markası Antor
Motor Modeli 4 LD 820
Motor Türü Tek silindirli, dört zamanlı
Yakıt Türü Dizel
Silindir Çapı 102 mm
Strok 100 mm
Hacim 817 cm³
Sıkıştırma Oranı 17:1
Soğutma Tipi Hava soğutmalı
Maksimum Devir 3000 dev/dak
(üretici tarafından sınırlandırılmıştır)
Maksimum Güç 12.7 kW 3000 dev/dak
Maksimum Tork 50 Nm 1600 dev/dak
Püskürtme Basıncı 20 MPa
sonuçlar bölümünde verilerek irdelendi. Egzoz gazı ölçüm cihazının teknik özellikleri Çizelge 3.3.'te gösterilmiştir. Cihazın görüntüsü şekil 3.8’de yer almaktadır.
Testo 350 egzoz analiz cihazı emisyon ölçümlerini oksijen sensörüne ilaveten en az bir (oksijen sensörü ile beraber iki sensör) en fazla altı adet sensör ile ölçüm yapmaktadır. Ölçüm olanağı sunduğu emisyonlar O2, CO, CO2, SO2, HC, NO, NOX gibi egzoz
gazlarıdır. Atık gaz miktarı artınca cihaz otomatik olarak ölçüm aralığını yükseltme özelliğine sahiptir. Bu sayede konsantrasyonlardaki ani değişmelere uyum sağlayan cihaz doğru sonuçların elde edilmesinde yardımcı olmaktadır.
Testo 350 cihazı ile yapılan ölçümlerde doğru sonuçlar alabilmek için deneyler öncesinde cihaz 15 dk açık tutularak cihazın kendini yenilemesine olanak sağlanmıştır. Deneyler arası ve deney sonrasında da cihaz dinlendirilerek farklı ölçümlerdeki parametrelerin karışma ihtimali ortadan kaldırılmıştır.
Çizelge 3.3. Egzoz gazı ölçüm cihazının detaylı teknik özellikleri (testo 350)
Ölçülen Parametre Ölçüm Aralığı Hassasiyet
O2 0 … +25 % hacim ±0,8% CO 0-10000 ppm ±10 % SO2 0 … +5000 ppm ±10 % HC 100-40000 ppm ± 5 % NO 0-4000 ppm ±10 % NOx 0-500 ppm ± 5 %
1) Yoğuşma haznesi,
2) Kontrol cihazı kilitleme/açma, 3) Partikül filtresi,
4) Temiz hava giriş filtresi,
5) Kontrol cihazı kontakt çubuğu, 6) Kontrol cihazı sabitleme pimleri, 7) Seyreltme hava filtresi,
8) Durum göstergesi. Şekil 3.5. Testo 350 cihaz gövdesi
1) İzleme camlı partikül filtreli bölme,
2) Prob(sonda) tutma yeri , 3) Bağlantı kablosu, 4) Ölçüm cihazı bağlantı soketi,
5) Sonda modülü kilidini açma,
6) Sonda modülü.
1) IrDA portu, 2) Açma/kapama,
3) Mıknatıslı braket (arka taraf), 4) Ekran,
5) Klavye,
6) Ana gövdeye bağlantı için kontakt çubuğu, 7) Portlar: USB 2.0, şarj cihazı, Testo veri yolu.
Şekil 3.7. Testo 350 kontrol ünitesi
3.3.3. Hassas Elektronik Terazi
Sıklıkla laboratuvarlarda, ilaç sanayisinde ve değerli madenlerin tartılmasında kullanılan hassas teraziler 0.01 g’dan başlayarak hassas ölçüm yapmaya yarayan terazilerdir.
Yakıt olarak kullanılacak numunelerin yoğunluğunu ölçebilmek amacıyla şekil 3.9’daki unimaster fr-h marka hassas elektronik terazi kullanılmıştır.
Şekil 3.9. Elektronik hassas terazi
Hacmin bir birimindeki madde kütlesi olarak adlandırılan ve maddenin ayırt edici özelliklerinden biri olan yoğunluk, özgül yakıt tüketiminin hesaplanması için gerekli olan parametrelerden biridir.
Numuneler hazırlandıktan sonra yoğunluk hesaplamaları için ölçümler yapılmıştır. Karışımların yoğunlukları:
v m
formülü ile hesaplanmıştır. (3.1)
: yoğunluk (kg/m3)
m: kütle (kg) v : hacim (m3)
3.4. Motor Performans Hesaplamaları
Bir yakıtın motorun performansı ve emisyonu üzerindeki etkilerini gözlemlemek için performans ve egzoz emisyon testleri yapılır. Bu test sonuçları yakıtın bir motorda verimli kullanılıp kullanılmadığı konusunda fikir vermektedir. Bu nedenle, bir motorun performans parametrelerini belirlemek gerekir. Tork (T), güç (P), ortalama efektif basınç (OEB), özgül yakıt tüketimi (be) ve ısıl verimlilik gibi çeşitli performans parametreleri vardır. Bu performans parametrelerini bulmak yapılacak çıkarımlar için gereklidir.
3.4.1. Güç
Bir motorun iş yapabilme yeteneğini döndürme momenti sağlar. Tork da döndürme kuvveti olarak tanımlanabilir. Tork farklı bir yaklaşımla tarif edilmeye çalışılırsa, araç motorundaki krank mili dönüşünün bir dakikada döndüğü sayı şeklinde ifade edilebilir. Tork, motorun dönme kuvvetinin tekerlekleri itme kuvvetine dönüştürülmesini sağlar. Güç ise torkun bir fonksiyonu olarak tanımlanmaktadır (Heywood 1988). Döndürme momenti hidrolik, mekanik ve elektromanyetik dinamometreler vasıtasıyla ölçülebilmektedir. Tork 3.2’deki formül ile hesaplanmaktadır. d F T (3.2) Burada; T: tork (Nm), F: uygulanan kuvvet (N),
d: rotorun merkezinden metre (m) cinsinden mesafeyi göstermektedir.
Motor tarafından sağlanan ve dinamometre tarafından emilen güç, aşağıdaki denklemde verilen tork ve açısal motor hızının ürünüdür (Heywood 1988).
1000 2 T Pb (3.3) Bu formülde; Pb: güç (kW) ,
ω: açısal hızı (dev/sn) cinsinden ifade etmektedir. 3.4.2. Özgül Yakıt Tüketimi
Özgül yakıt tüketimi literatürde fren özgül yakıt tüketimi şeklinde tanımlanmaktadır. Özgül yakıt tüketiminin “fren” kelimesi ile birlikte kullanılmasının temel nedeni ise, dinamometre üzerinde içten yanmalı bir motorun karakteristik özelliklerinin belirleyen parametreler belirlenirken frenleme gücünün kullanılmasıdır. Özgül yakıt tüketimi bu çalışmada be şeklinde gösterilmiştir.
İçten yanmalı motorlar için önemli parametrelerden biri hacimsel yakıt tüketiminin bir ölçüsü olan frene özgü yakıt tüketimidir (Agarwal 1988).
3 10 b f P m be (3.4)
be: Özgül yakıt tüketimi (g/kW.h), Pb: güç (kW),
f
m : Yakıt Kütle Debisi (kg/h).
3.4.3. Ortalama Efektif Basınç
Ortalama efektif basınç, içten yanmalı motorlar için belirli bir parametre olan başka bir motor performans parametresidir. Farklı tipte ve büyüklükte motorların karşılaştırılması için kullanılan bir parametredir. Ortalama efektif basınç bir çevrimde üretilen özgül işin özgül hacim değişimine oranıdır.
d r b V n P OEB 1000 (3.5)
OEB: Ortalama efektif basınç Pb: güç (kW),
nr: Tam bir döngü için krank devir sayısı, dört zamanlı bir motor için 2’dir.
Vd: Motor silindirlerinin toplam hacmi (dm3),
4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Motor Performans Testleri
Yakıt olarak incelenen DBY-dizel yakıt karışımlarının performans verilerini araştırmak amacıyla, dört zamanlı, direkt enjeksiyonlu, tek silindirli dizel motor kullanılmıştır. Şematik çizim, resim ve kullanılan motorun ana özellikleri sırasıyla Şekil 3.3, 3.4 ve Tablo 6.2'de verilmiştir. Bu çalışmada, tork ve özgül yakıt tüketimi (be) gibi çeşitli performans parametrelerini değerlendirmek için iki yakıt numunesi DBY ve ticari dizel yakıt kullanılarak elde edilen hacimsel karışımlarla deneyler gerçekleştirilmiştir. Motor performans ve emisyon testlerini gerçekleştirmek için motor ilk olarak 3000 dev/dak’ da yük olmaksızın çalıştırıldı. İlk testler yalnızca ticari dizel yakıt için 2500 dev/dak için üç ölçüm yapılıp ortalaması alındıktan sonra devir düşürülerek 2000 dev/dak için yine üç ölçüm yapılarak ortalaması alındı. Bu işlem 1500 dev/dak ve 1000 dev/dak için de tekrar edildi. Dizel yakıt için ölçümler aldıktan sonra farklı hacim oranlarında üç numune yakıt hazırlandı. Bu yakıtlar ve hacimsel oranları Çizelge 4.1’de verilmiştir.
Hazırlanan DBY20, DBY40 ve DBY60 yakıt numunelerin görselleri sırasıyla şekil 4.1.1, şekil 4.1.2.ve şekil 4.1.3.’te verilmiştir.
Şekil 4.1.1. DBY20 Şekil 4.1.2. DBY40 Şekil 4.1.3. DBY60 Çizelge 4.1. Dizel ve dizel benzeri yakıtların hacimsel oranları
KOD Dizel yakıt
Hacimsel yüzdesi
Dizel Benzeri Yakıt Hacimsel yüzdesi
D80DBY20 80 20
D60DBY40 60 40
![Şekil 3.1. Arıtma ve damıtma sisteminin şematik diyagramı[11].](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/9libnet/3277511.9190/30.892.199.781.502.850/şekil-arıtma-damıtma-sisteminin-şematik-diyagramı.webp)
